Микроэлементы медь в сыворотке

Медь — один из важнейших незаменимых микроэлементов (МЭ), необходимых для жизнедеятельности человека. В организме взрослого человека содержится 1,57—3,14 ммоль меди, причем половина этого количества приходится на мышцы и кости, а 10 % — на ткани печени. Ключевую роль в обмене меди играет печень. Нормальные величины содержания меди в сыворотке представлены в табл. 4.63.

Таблица 4.63. Содержание меди в сыворотке в норме [Тиц У., 1986]

 

 

	Содержание меди
Обследуемые
	мг/дл	мкмоль/л
Дети:
до 6 мес	20-70	3,14-10,99
» 6 лет	90-190	14,3-29,83
• 12»	80-160	12,56-25,12
Взрослые:
мужчины	70-140	10,99-21,98
женщины	80-155	12,56-24,34
Беременные	118-302	18,53-47,41

Большая часть поступающей в организм меди выделяется с калом, выделение с мочой весьма незначительно. Медь участвует в биохимических процессах как составная часть элек-тронпереносящих белков, осуществляющих реакции окисления субстратов молекулярным кислородом (табл. 4.64). Ряд белков — ферментов содержат до 4 ионов меди и более.

Таблица 4.64. Важнейшие медьсодержащие ферменты человека [Авцын А.П., 1990]

 

Ферменты	Молекулярная масса	Функция
Церулоплазмин	132 000	Окисление железа, биогеннных аминов,
		транспорт меди
Супероксиддисмутаза	32 000	Дисмутация супероксида
Дофамин-бета-гидроксилаза	290 000	Гидроксилирование дофамина
Тирозиназа	46 000	Гидроксилирование тирозина
Аминоксидаза, спермин-	180 000-195 000	Окисление первичных аминов
оксидаза, гистаминаза
Цитохромоксидаза	140 000	Терминальное окисление и синтез АТФ
Уратоксидаза	112 000-125 000	Окисление мочевой кислоты в аллантоин

Важнейшим из них является церулоплазмин — мультифункциональный белок, обла­дающий активностью ферроксидазы, аминоксидазы и частично супероксиддисмутазы, уча­ствующий в гомеостазе меди и играющий роль реактанта острой фазы в воспалительных процессах, защищающий липидные мембраны от перекисного окисления. Медь в сыворот­ке присутствует исключительно в форме, связанной с церулоплазмином (95 %) и альбуми­ном (5 %).

Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявление аутоиммунных заболеваний, таких, например, как ревматоидный артрит. Дефицит меди от­ражается и на липидном составе плазмы крови: повышается содержание холестерина, триг-лицеридов и фосфолипидов за счет угнетения липопротеинлипазы, которая действует на ЛПОНП, превращая их в структуры, близкие ЛПНП; при недостаточности фермента этот процесс нарушается, что приводит к гиперхолестеринемии. Кроме этого, медь входит в со-

став аполипопротеида ЛПНП (апо-В) и необходима для его перевода в растворимую форму, дефицит меди вызывает структурные изменения апо-В и тем самым затрудняет его связыва­ние рецепторным белком. Недостаточность меди проявляется различными нарушениями ме­таболизма, которые представлены в табл. 4.65 и 4.66.

Таблица 4.65. Нарушения метаболизма при недостаточности меди

 

Патология	Метаболический дефект	Недостаточность фермента
Ахромотрихия	Нарушение синтеза меланина	Тирозиназа
Нарушения формирования сердечно-сосудистой системы, скелета, коллагена и эластина	Нарушение образования сшивок коллагеновых и эластических волокон	Аминоксидаза соединительной ткани (лизилоксидаза)
Поражение ЦНС	Гипоплазия миелина	Цитохром- С - оксидаза
Поражение ЦНС	Нарушение синтеза катехоламинов	Дофамин -бета- гидроксилаза

Таблица 4.66. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка меди

[Авцын А.П., 1990]

 

Дефицит меди в организме

Избыток меди в организме

Наследственные формы гипо- и дискупреоза: болезнь Менкеса (болезнь «курчавых волос» с тяжелым пораже­нием ЦНС); синдром Марфана (аномалии скелета, элас­тических и коллагеновых волокон, разрыв аневризмы аорты, арахнодактилия и др.). Болезнь Вильсона—Коно­валова: размягчение в головном мозге, крупноузловой цирроз печени, гиперкупрурия; синдром Элерса—Данло (наследственная мезенхимальная дисплазия, связанная с дефицитом лизилоксидазы). Первичная (идиопатическая) эмфизема легких. Медьдефицитные коллагено- и эластопатии (аортопатии, артериопатии, аневризмы). Медьдефицитные заболевания костного скелета и суставов. Медьдефицитные анемии алиментарного происхождения. Медьдефицитные состояния при полном парентеральном питании (анемия).

Неспецифическая гиперкупремия при острых и хронических воспалительных заболеваниях, ревматизме, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, ин­фаркте миокарда и некоторых злокачест­венных новообразованиях, заболеваниях крови: лейкозы, лимфогранулематоз, ге-мохроматоз, большая и малая талассемия, мегалобластная и апластическая анемия. Профессиональный гиперкупреоз (медная лихорадка, пневмокониоз). Отравление медьсодержащими препаратами Гемодиализный гиперкупреоз. Применение пероральных контрацептивов, эстрогенов.

Цинк в сыворотке

Содержание цинка в сыворотке в норме составляет 70—150 мкг/дл, или 10,7—22,9 мкмоль/л.

Запасы цинка в организме невелики, у взрослого человека содержится всего 22,9— 30,6 ммоль, т.е. 1,5—2 г. Скелетные мышцы наиболее богаты цинком и содержат 62,6 % всего количества этого МЭ. Выходу цинка из депо способствуют глюкокортикоиды. На клеточном уровне цинк стимулирует образование полисом, тормозит катализируемое же­лезом свободнорадикальное окисление. Для перехода из одной фазы клеточного цикла (деление клеток) в другую необходимо наличие цинка, его недостаток блокирует этот процесс, поэтому содержание цинка в сперматозоидах очень высокое (1900 мкг/r). Цинк играет важную роль в нуклеиновом обмене, процессах транскрипции, стабилизации нукле­иновых кислот, белков и особенно компонентов биологических мембран, а также в обмене витамина А. В основном (около 90 %) цинк выводится из организма с калом и 2—10 % — с мочой.

Цинк содержится более чем в 200 металлоферментах, участвующих в самых различных метаболических процессах, включая синтез и распад углеводов, жиров, белков и нуклеино­вых кислот (табл. 4.67).

Таблица 4.67. Важнейшие цинксодержащие ферменты человека

 

■ Фермент	Молекулярная масса	Функция
Алкогольдегидрогеназа	80 000	Окисляет этанол, другие спирты,
		стероиды, витамин А
РНК-полимераза	700 000	Синтез РНК
ДНК- полимераза	109 000	Синтез ДНК
Щелочная фосфатаза	80 000	Формирование эпифизарного хряща
Карбонат-дегидрогеназа (карбоангидраза)	29 000	Удаление СОг из организма

Диагноз «цинк-дефицитное состояние» ставят в том случае, если содержание цинка в крови менее 13 мкмоль/л, еще более низкая концентрация этого МЭ в сыворотке (8,2± 0,9 мкмоль/л) является неблагоприятным прогностическим признаком [Авцын А.П., 1990].

Цинк участвует в следующих биологических процессах [Cunningham-Runolles S., 1996]:

♦ рост и деление клеток: наиболее часто прослеживается связь между задержкой роста и
деления клеток с угнетением активности ферментов нуклеинового и белкового обме­
на. Цинк обеспечивает обратимость процессов денатурации ДНК;

♦ кератогенез: при дефиците цинка наблюдается облысение, сопровождающееся об­
ширными поражениями кожи. У больных хроническим язвенным дерматитом отме­
чается взаимосвязь между содержанием цинка и тяжестью течения дерматита. Пре­
параты цинка дают хороший клинический эффект при энтеропатическом акродерма-
тите;

♦ остеогенез: при дефиците цинка отмечается угнетение активности щелочной фосфата-
зы в хондроцитах эпифизарного хряща, снижается зольность костей, т.е. цинк участ­
вует в процессах кальцификации;

♦ заживление ран: цинк оказывает стабилизирующее действие на цитоплазматические
мембраны, препятствуя высвобождению гидролитических ферментов, таких как ка-
тепсин D и коллагеназа, контролирующих скорость распада поврежденных тка­
ней. Прием 50 мг сульфата цинка повышает скорость заживления послеоперационных
ран;

♦ воспроизводительная функция: при дефиците цинка наступает угнетение сперматоге­
неза и развития первичных и вторичных половых признаков;

♦ иммунный ответ: дефицит цинка сопровождается снижением уровня гормона вилоч-
ковой железы — тималина, угнетением образования антител, снижением числа лим­
фоцитов. Для функции Т- и В-лимфоцитов важное значение имеет цинксодержащий
фермент 5-нуклеотидаза, участвующий в метаболизме пуринов. Недостаточность
этого фермента отмечена при врожденном дефекте Т-лимфоцитов;

♦ вкус, обоняние: на фоне дефицита цинка вначале ухудшается и теряется аппетит, а
затем снижаются и извращаются вкус и обоняние. Механизм действия цинка на вку­
совой анализатор объясняется наличием его в специальном белке — густине, выра­
батываемом в околоушных слюнных железах. Этот белок специфически связывается
с мембранами вкусовых сосочков и регулирует поступление в них питательных ве­
ществ;

♦ взаимосвязь цинка с инсулином: цинк необходим для образования кристаллических
форм инсулина, в виде которых происходит депонирование инсулина бета-клетками
поджелудочной железы.

Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка цинка представлены в табл. 4.68.

Таблица 4.68. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка цинка

[Авцын А.П., 1990]

 

Дефицит цинка в организме	Избыток цинка в организме
Эндогенный дефицит цинка: врожденные пороки развития плода и ново­рожденных (гидроцефалия, микро- и анофтальмия, расщепления неба, искривление позвоночника, пороки сердца и др.).	Первичная остеосаркома. Ишемическая болезнь сердца.

Продолжение табл. 4.68

 

Дефицит цинка в организме

Избыток цинка в организме

Наследственный энтеропатический акродерматит. Экзогенный дефицит цинка алиментарного происхождения и при наруше­ниях всасывания — болезнь Прасада (тяжелая железодефицитная анемия, карликовость, половое недоразвитие). Идиопатическая гипогенезия и дизосмия. Дерматит, гипогенезия и гипосмия при хронических заболеваниях желудоч­но-кишечного тракта, после гастрэктомии и др., а также при алкогольном циррозе и других заболеваниях печени. Замедленное заживление ран. Цинкдефицитное атоническое кровотечение у матери, преждевременные роды и врожденные уродства плода. Ятрогенный дефицит цинка при парентеральном питании и длительном лечении цитостатиками, L-пеницилламином и D-гистидином. Заболевания крови: лейкозы, лимфомы, пернициозная анемия

Артериосклероз. Отравление цинксодер-жащими соединениями.

Кобальт в сыворотке

Содержание кобальта в сыворотке в норме составляет 0,20—0,28 мкг/дл, или 33,9— 47,5 нмоль/л.

У здорового человека кобальт содержится в основном в печени, почках и мышечной ткани. Основной биологической функцией кобальта в организме является его присутствие в молекуле витамина В,₂, поэтому недостаточность кобальта рассматривается как недостаточ­ность витамина В₁₂. Кобальт выводится из организма главным образом с мочой.

Определение кобальта играет важную роль при дифференциации В₁₂-дефицитной ане­мии от фолиеводефицитной, при которой концентрация кобальта в крови находится в преде­лах нормы. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка кобальта представлены в табл. 4.69.

Таблица 4.69. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка кобальта

[АвцынА.П., 1990]

 

Дефицит кобальта в организме	Избыток кобальта в организме
1. Недостаточность витамина Вп-2. Наследственная пернициозная анемия, атрофия слизистой оболочки желудоч-нокишечного тракта, фуникулярный миелоз. 3. Пернициозная анемия при инвазии широким лентецом.	1. Профессиональные отравления с поражением органов ды­хания, кроветворения, сердечно-сосудистой и нервной систем, сопровождающиеся аллергическим дерматитом, хроническим бронхитом, пневмонией и пневмосклерозом. 2. Кобальтовая миокардиопатия. Алиментарно-токсическая кобальтовая миокардиодистрофия с декомпенсацией, полицитемией и гиперплазией щитовидной железы.

Марганец в крови

Содержание марганца в норме: сыворотка — 0,05—0,07 мкг/дл, или 9,1—12,7 нмоль/л; цельная кровь — 0,4—1,4 мкг/дл, или 73—255 нмоль/л.

В норме у здорового человека содержание марганца в костях, особенно трубчатых, а также в печени и почках выше, чем в других органах. В основном этот МЭ экскретируется с калом и незначительно с мочой. Марганец содержится во многих металлоферментах, участ­вующих в самых различных метаболических процессах (табл. 4.70), либо служит в качестве активатора ферментов [Скочий П.Г., Лабинский А.И., 1990].

У человека описан наследственный дефект синтеза пируваткарбоксилазы, проявляю­щийся клинически в виде лактат- и пируватацидоза, неврологических расстройств и про­грессирующей умственной отсталости, известный под названием «подострый энцефаломие­лит», или болезнь Ли.

т	аб л иц а	4.70. Важнейшие марганецсодержащие ферменты
Фермент		Молекулярная масса,	дальтон	Функция
Аргиназа		120 000		Расщепление аргинина с образованием мочевины
Пируваткарбоксилаза		500 000		Синтез углеводов из пировиноградной кислоты
Супероксидцисмутаза	(Мп-СОД)	80 000		Дисмутация супероксида

Мп-СОД содержится преимущественно в митохондриях в отличие от Си,2п-СОД, ко­торая содержится в цитозоле клеток. При недостаточности Мп-СОД супероксид вступает в реакцию с пероксидом с образованием гидроксильного радикала, который способен вы­звать перекисное окисление липидов и повреждение мембран митохондрий. При гиперба­рической оксигенации, длительном употреблении алкоголя, гипоксиях и других условиях, способствующих образованию супероксидного радикала, активность Мп-СОД существенно возрастает.

Марганец выполняет функцию активатора целого ряда ферментов, относимых в пер­вую очередь к киназам, карбоксилазам и трансферазам. Гликозилтрансферазы играют важную роль в синтезе гликозаминогликанов и гликопротеидов. При дефиците марганца отмечается снижение активности этих ферментов, обусловливающее аномалии развития скелета.

Марганец участвует в следующих биологических процессах:

• оказывает заметное влияние на процессы глюконеогенеза и регуляцию уровня глюкозы
в крови. Марганец также необходим для нормальной секреции инсулина, причем сте­
пень угнетения секреторного механизма у больных с недостаточностью марганца уси­
ливается по мере стимуляции выделения инсулина лекарственными препаратами. Сни­
жение синтеза инсулина при недостаточности марганца объясняется гибелью бета-кле­
ток панкреатических островков. Активность Мп-СОД в альфа- и бета-клетках подже­
лудочной железы ниже, чем в других тканях, поэтому снижение активности фермента
при дефиците марганца существенно повышает чувствительность железы к повреждаю­
щим действиям супероксидных радикалов;

• усиливает действие гормонов гипофиза, половых гормонов, инсулина, стимулирует
рост организма, способствует кроветворению, повышает катаболизм белков, предуп­
реждает отложение холестерина в стенках сосудов. Обнаружена взаимосвязь между об­
меном марганца и ретинолом, тиамином, аскорбиновой кислотой, кальциферолом, то­
коферолом;

• дефицит марганца отражается в первую очередь на формировании скелета как во внут­
риутробный, так и постнатальный периоды жизни;

• дефицит марганца приводит к развитию атаксии новорожденных. При дефиците мар­
ганца во внутриутробном периоде рождается потомство с признаками атаксии, харак­
теризующейся потерей равновесия, нарушением координационных рефлексов, запро­
кидыванием головы;

• недостаточность марганца отражается и на функциях мозга. У 30 % детей со склоннос­
тью к судорогам обнаруживается пониженное содержание марганца в крови, состав­
ляющее около 1/3 нормы. У лиц с частыми приступами эпилепсии содержание марган­
ца в крови существенно ниже, чем у больных с редкими приступами. Биологическая
роль марганца в ЦНС связана с обеспечением нормальной структуры и стабильности
мембран.

Дефицит марганца в организме сопровождает сахарный диабет, нечувствительный к ин­сулину (эффективно введение хлорида марганца), вызывает гипохолестеринемию.

Избыток марганца в организме приводит к развитию манганозов — техногенных микроэ-лементозов, обусловленных избыточным поступлением марганца в условиях производства. Крайнее выражение профессионального манганоза — синдром паркинсонизма: расстройства двигательной активности (маскообразность лица, дизартрия, нарушение письма, специфич­ная «петушиная» походка); психические нарушения (эйфория, благодушие, снижение крити­ки); астеновегетативный синдром с угнетением функции гонад.

Хром в крови

Содержание хрома в норме: сыворотка — 14 нг/дл, или 2,7 нмоль/л; цельная кровь — 70 нг/дл, или 13,4 нмоль/л.

В кровяном русле хром специфически связывается с трансферрином, который служит его переносчиком.

Содержание хрома в органах и тканях в 10—100 раз выше, чем в крови. Установлено, что поступающий в организм человека хром накапливается в легочной ткани, в органах системы мононуклеарных фагоцитов, т.е. в печени, почках, селезенке, костях и костном мозге. Всо­савшийся хром выводится из организма в основном с мочой.

Хром участвует в следующих биологических процессах:

• усиливает действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим
гормоном. В присутствии инсулина повышает скорость проникновения глюкозы в
клетки, ее окисление. При недостаточности хрома снижается толерантность к глюкозе
и повышается уровень липидов в крови, поддающиеся коррекции препаратами хрома.
У больных сахарным диабетом содержание хрома, как правило, снижено. Трехвалент­
ный хром является необходимым кофактором для запуска действия инсулина в пери­
ферических тканях. Фактор толерантности к глюкозе представляет собой биологически
активную форму хрома. Уменьшение поступления хрома в организм может служить
фактором, усугубляющим нарушение толерантности к глюкозе у истощенных детей,
при диабете у взрослых и у некоторых пожилых людей;

• хром играет важную роль в липидном обмене. Дефицит этого МЭ может привести к
развитию атеросклероза. У лиц с расстройствами коронарного кровообращения кон­
центрация хрома в плазме крови значительно ниже, чем в норме. Прием препаратов
хрома способствует снижению концентрации триглицеридов в крови и увеличению со­
держания холестерина в составе ЛПВП;

• прочно связан с нуклеиновыми кислотами и защищает их от денатурации;

• способен при определенных условиях замещать йод в тиреоидных гормонах, что отме­
чается у людей, проживающих в йоддефицитных районах. Назначение препаратов
хрома повышает функцию щитовидной железы;

• при избыточной концентрации токсическое действие оказывает как трехвалентный,
так и шестивалентный хром. Однако канцерогенными свойствами обладает шестива­
лентный хром.

При дефиците хрома в организме отмечаются снижение толерантности к глюкозе, гипер-инсулинемия, глюкозурия, гипергликемия натощак, задержка роста, гипертриглицеридемия и гиперхолестеринемия, увеличение атеросклеротических бляшек в аорте, периферические невропатии, нарушения высшей нервной деятельности, снижение оплодотворяющей спо­собности и числа спермиев.

При избытке хрома в организме могут развиваться профессиональные хромовые дерма­титы, изъязвление слизистой оболочки носа с перфорацией носовой перегородки, хромовый гепатоз. Шестивалентный хром оказывает наиболее выраженное общетоксическое, нефро-токсическое, гепатотоксическое, мутагенное и канцерогенное действие.

Молибден в сыворотке

Содержание молибдена в сыворотке в норме — 0,37—0,79 нг/мл, или 3,85—8,23 нмоль/л.

Молибден является составной частью некоторых металлоферментов: ксантиноксидазы, сульфитоксидазы, а также альдегидоксидазы.

Ксантиноксидаза — фермент, катализирующий окисление ксантина, гипоксантина и альдегидов с поглощением кислорода и образованием соответственно мочевой кислоты, ксантина или карбоновых кислот и супероксидных радикалов. При генетическом дефекте ксантиноксидазы и нарушении реабсорбции ксантина в почечных канальцах возникает ксантинурия, которая характеризуется выделением с мочой очень большого количества ксантина и тенденцией к образованию ксантиновых камней, при этом количество мочевой кислоты в сыворотке крови и в суточном количестве мочи резко снижено (менее 1,19—2,98 и 2,38—5,95 ммоль/л соответственно). Дискутируется вопрос о возможной связи избытка мо­либдена в пище с возникновением подагры [McCarty D.J., Koopman W.J., 1993]. Повышен­ный синтез ксантиноксидазы и интенсификация пуринового обмена ведут к накоплению из-

быточных количеств мочевой кислоты, с выделением которых не справляются почки. В ре­зультате этого мочевая кислота и ее соли откладываются в сухожилиях и суставах.

Сульфитоксидаза превращает сульфит в сульфат и присутствует преимущественно в пе­чени. Генетический дефект сульфитоксидазы у человека характеризуется выраженными ано­малиями мозга, умственной отсталостью, эктопией хрусталика и повышенным выделением с мочой сульфитов, S-сульфоцистеина и тиосульфата при заметном снижении количества сульфатов.

Хроническая профессиональная интоксикация молибденом вызывает функциональные изменения печени, повышение содержания мочевой кислоты и самого молибдена в сыворот­ке крови. Затем появляются полиартралгии, артрозы, гипотензия, снижение гемоглобина, числа эритроцитов и лейкоцитов в периферической крови. Аэрозоли молибдена могут вы­звать поражение бронхов и приводить к пневмокониозу.

Ванадий в крови

Содержание ванадия в норме: плазма — 0,054—0,136 мкмоль/л; цельная кровь — 0,470— 1,160 мкмоль/л.

Концентрация ванадия в органах и тканях человека невысока. Наибольшее его количе­ство содержится в костной ткани, печени, почках, селезенке. Ванадий участвует в следующих биологических процессах:

• играет роль этиологического фактора при маниакально-депрессивном психозе, при ко­
тором имеет место нарушение обмена натрия в эритроцитах, вызванное угнетением
Na⁺, К⁺-АТФазы повышенной внутриклеточной концентрацией ванадия;

• оказывает влияние на обмен глюкозы в организме путем стимуляции ее окисления;

• катализирует окисление серотонина и близких к нему аминов тирамина, адреналина и др.;

• усиливает связывание кислорода гемоглобином и миоглобином;

• принимает участие в процессах клеточного роста, дифференцировки и восстановления
тканей.

Ванадийдефицитные состояния у человека не зарегистрированы.

В производственных условиях V₂O₅ оказывает выраженное токсическое действие на ды­хательную, сердечно-сосудистую системы, печень, почки.

Ятрогенные формы ванадоза связаны с применением лекарственных препаратов, содер­жащих в своем составе ванадий.

Селен в крови

Содержание селена в цельной крови в норме — 1,14—1,9 мкмоль/л.

Селен входит в состав ряда ферментов, селеносодержащих белков. Важнейшим селено-содержащим ферментом в организме человека является глютатионпероксидаза. Этот фер­мент предохраняет клетки от токсического действия перекисных радикалов и разрушает как перекись водорода, так и перекиси липидов. Из организма селен элиминируется в основном через почки, а также с калом и выдыхаемым воздухом.